壓力變送器測量結果的不確定度評定實例

蘇　華，王松輝，李　蓓

西北工業集團有限公司

壓力變送器測量結果的不確定度評定實例

蘇華，王松輝，李蓓

西北工業集團有限公司

壓力變送器是壓力測量一次元件，在工業生產中應用廣泛，本文對一臺壓力變送器的測量結果進行了不確定度評定。

壓力變送器；測量模型；靈敏系數；不確定度

一、概述

1.測量依據

JJG882-2004壓力變送器檢定規程。

2.測量標準

①0.05級活塞式壓力計，測量范圍（1～60）MPa；

②0.01級過程校驗儀，測量范圍（0～30）mA。

3.測量對象

壓力變送器，規格型號：3051，出廠編號：6659909，準確度等級：0.5級，測量范圍：（0～10）MPa，供電電壓：24VDC，輸出電流：（4～20）mA。

二、測量模型

1.電流測量模型

式中：ΔI——變送器的輸出電流誤差，mA；

I——過程校驗儀的電流讀數值，mA；

Im——變送器的電流輸出量程，mA；

Pm——變送器的壓力輸入量程，MPa；

P——變送器的輸入壓力值，MPa；

ΔP——標準器與變送器的受壓點不在同一高度時產生的壓力差，Pa；

當傳壓介質為液體時，ΔP=ρ·g·Δh；

ρ，傳壓介質的密度，kg/m3；

g，當地的重力加速度，m/s2；

△h，標準器與變送器受壓點的高度差，m；

I0——變送器的電流起始值，mA；

在上述模型中，Im、Pm、I0是已知常數，環境溫度影響可忽略，因此輸入量為I、P、△P。

2.靈敏系數

三、合成標準不確定度評定

1.輸入量I的標準不確定度u（I）

1.1重復測量引入的標準不確定度u1（I）

對壓力變送器進行三個循環的測量，取平均值作為測量結果。因測量次數為n=6次，故采用極差法計算標準不確定度，極差系數C=2.53，則

在不同的測量點，標準不確定度如下：

測量點分別為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa時，極差R依次為0.002 mA、0.001 mA、0.004 mA、0.002 mA、0.003 mA、0.002 mA；計算得標準不確定度u1（I）依次為：0.0003 mA、0.0002 mA、0.0007 mA、0.0003 mA、0.0005 mA、0.0003 mA.

1.2過程校驗儀允差誤差引入的標準不確定度u2（）I

由過程校驗儀使用手冊可知，其電流測量的最大允許誤差±Δ=±（0.010%RD+0.015%FS），RD為過程校驗儀的讀數，FS為過程校驗儀的量程。在區間內可認為服從均勻分布，區間半寬a=Δ，置信因子

在不同的測量點，標準不確定度如下：

測量點分別為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa時，電流讀數依次為：3.995 mA、7.198 mA、10.399 mA、13.603 mA、 16.804 mA、20.006 mA；可得標準不確定度u2（I）依次為：0.0028 mA、0.0030 mA、0.0032 mA、0.0034 mA、0.0036 mA、0.0038 mA.

稻田水中的噬菌體消長與病菌的消長是一致的，即病菌開始繁殖增加，噬菌體也隨之上升，病菌數量減少，噬菌體也隨之降低。如定期測定稻田水及稻株中的噬菌體的消長，則能了解白葉枯病的動態，及時指導防治。

1.3標準不確定度u（I）

輸入量I的標準不確定度u（I）由以上兩個分量合成得到，則

在不同的測量點，標準不確定度如下：測量點分別為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa時，可得標準不確定度u（I）依次為0.0028 mA、0.0030 mA、0.0033 mA、0.0034 mA、0.0036 mA、0.0038 mA.

2.輸入量P的標準不確定度u（P）

活塞式壓力計的準確度等級為0.05級，其壓力輸出的最大允許誤差±Δ=±0.05%P，P為活塞式壓力計的實際輸出壓力。在區間內可認為服從均勻分布，區間半寬a=Δ，置信因子k=3，則

在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進行計算，可得標準不確定度u（P）依次為：0 mA、0.0006 mA、0.0012 mA、0.0017 mA、0.0023 mA、0.0029 mA.

3.輸入量ΔP的標準不確定度u（ΔP）

在測量過程中，活塞式壓力計的受壓點和壓力變送器的受壓點存在Δh=-30mm的高度差，傳壓介質的密度ρ=0.913g/mL，本地重力加速度g=9.7944m/s2，由此產生的壓力差ΔP=ρ·g·Δh=-0.00027MPa。在區間內可認為服從兩點分布，區間半寬a= 0.00027MPa，置信因子k=1，則

在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進行計算，可得標準不確定度u（）ΔP依次為：0 mA、0.0003 mA、0.0003 mA、0.0003 mA、0.0003 mA、0.0003 mA.

4.合成標準不確定度uc（ΔI）

在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進行計算，合成標準不確定度uc（ΔI）依次為：0.0029mA、0.0032 mA、0.0038 mA、0.0044 mA、0.0052 mA、0.0060 mA.

四、擴展不確定度

取包含因子k=2，則U=k·uc（ΔI）

在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進行計算，擴展不確定度不確定度uc（ΔI）依次為：0.0058mA、0.0064 mA、0.0076 mA、0.0088 mA、0.0104 mA、0.0120 mA.

各輸入量間互不相關，則

［1］JJG 882-2004壓力變送器檢定規程.

［2］JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示.